纵列式无人直升机悬停抗风控制仿真研究

摘要

纵列式无人直升机以其极高的运输性能被广泛应用于军事以及民用领域。纵列式无人直升机和固定翼飞机相比，最大的优势在于能够实现空中悬停，但其在悬停时也易受大气扰动的影响。针对此问题，本文将对纵列式无人直升机悬停时的抗风控制进行研究。　　首先，基于部件建模思想建立了纵列式无人直升机的动力学模型并对其进行配平计算以及操稳特性分析。其次，分析大气扰动中对纵列式无人直升机影响较大的风场类型，其中包括大气湍流风以及突风，并根据美军标MIL-F-8785C的建议对这两种风场模型的参数进行合理选取，得到适用于纵列式无人直升机抗风控制仿真的风场模型。　　然后分别基于经典PID控制算法和自抗扰控制（ADRC）算法设计纵列式无人直升机控制器，并对其进行参数整定。基于Matlab/Simulink仿真模块对设计的控制器进行仿真试验，其中包括控制器的姿态、位置稳定控制仿真试验以及控制器在大气湍流风、突风两种风场扰动下的抗风性能仿真试验。仿真结果表明，PID控制器在无风场扰动时姿态、位置环跟踪效果能基本满足控制要求，由于自抗扰控制器可以更好的克服控制快速性和超调量之间的矛盾，它的姿态以及位置控制的响应时间要小于PID控制器且无超调量产生；由于自抗扰控制器能准确估计出控制系统受到的内外扰动并及时给予补偿，它在湍流风以及突风扰动下的控制性能都要优于PID控制器。

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